CN112901245B - 一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统及方法，属于煤矿采空区自然发火防治领域。系统包括限流墙及风窗，限流墙为两堵，两堵限流墙沿工作面风巷的延伸方向依次设置在工作面风巷内，两堵限流墙之间的空间为调压气室，调压气室内设有注氮口；风窗为两道，两道风窗分别设置在联络巷的两端，联络巷通过两道风窗分别与进风巷、回风巷连通。方法包括阈值设定、数据测量、防逸出控制及防吸氧控制，本发明能够有效地阻断联络巷向采空区的空气流通，隔绝了煤炭自然发火所需的氧气条件，消除了采空区自然发火的隐患，同时阻断了采空区瓦斯、一氧化碳等危险气体向巷道的逸出，大大提高了煤矿的安全生产水平。

Description

一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统及方法

技术领域

本发明属于煤矿采空区自然发火防治领域，涉及一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统及方法。

背景技术

随着煤矿的不断开采，井下采空区、密闭废弃巷道等隐患危险区域逐渐增多，采空区自然发火在井下火灾总数的占比高达85％左右。煤自然发火不仅会烧毁大量的煤炭资源，产生大量的有毒有害气体，严重威胁井下人员的生命安全，有时还会引发瓦斯和煤尘爆炸，进一步扩大其灾害危险性。目前，采空区防灭火主要有注浆、注惰性气体、喷洒阻化剂、堵漏等技术手段。虽然上述技术手段能够取得较好的防灭火效果，但是注浆、注惰性气体技术成本高，系统操作复杂，喷洒阻化剂效果较差，而堵漏技术实施过程技术复杂，自动化程度低，需要工人具有良好的技术经验，实施困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统及方法，能够有效阻断巷道向采空区的空气流通，隔绝了煤炭自然发火所需的氧气条件，消除了采空区自然发火的隐患，同时能够阻断采空区瓦斯、一氧化碳等危险气体向巷道的逸出，大幅度提高煤矿的安全生产水平。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统，包括限流墙及风窗，所述限流墙为两堵，两堵所述限流墙沿工作面风巷的延伸方向依次设置在工作面风巷内，两堵所述限流墙之间的空间为调压气室，所述调压气室内设有注氮口；

所述风窗为两道，两道风窗分别设置在联络巷的两端，联络巷通过两道所述风窗分别与进风巷、回风巷连通。

可选地，所述限流墙的厚度为L₀，L₀的取值范围为0.3～3.0m，两堵所述限流墙之间的间距为L₁，L₁的取值范围为1.5～6m。

可选地，两堵所述限流墙均设置在工作面风巷靠近联络巷之间的一端内，两道风窗分别设置在联络巷与进风巷、回风巷的连接位置上。

可选地，联络巷内设置有风窗的位置上还设置有用于进出的风门。

一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，提供如上任一项所述的用于防止采空区自燃的巷道均压系统，靠近进风巷风窗的开度为K₁，靠近回风巷风窗的开度为K₂，注氮口的开度为K₃，包括以下步骤：

阈值设定，设定均压控制阈值压力为P₀，P₀的取值范围为10～60Pa；

数据测量，测量调压气室、联络巷、采空区内的气压值，调压气室与联络巷之间的气压差值为P_AB，采空区与联络巷之间的气压差值为P_CB，采空区与调压气室之间的气压差值为P_CA；

防逸出控制，当P_CB＞P₀时，控制K₁增大，控制K₂减小，使P_CB减小，直至P_CB≤P₀或者K₁＝100％，K₂＝0；

若P_CB≤P₀时，0<K₁<100％，0<K₂<100％，则K₁及K₂保持不变；

若K₁＝100％，K₂＝0时P_CB＞P₀，则控制K₃增大，使P_CA减小，直至P_CA≤P₀；

防吸氧控制，当P_CB<0时，控制K₁减小，控制K₂增大，使P_CB增加，直至0≤P_CB或者K₁＝0且K₂＝100％；

若0≤P_CB，则保持K₁、K₂不变；

若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至0＜P_AB。

可选地，“防吸氧控制”步骤中，若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至P_AB＝P₀。

一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于，提供如上任一项所述的用于防止采空区自燃的巷道均压系统，靠近进风巷风窗的开度为K₁，靠近回风巷风窗的开度为K₂，注氮口的开度为K₃，包括以下步骤：

阈值设定，设定均压控制阈值压力为P₀，偏差值为Δ₁；

数据测量，测量调压气室、联络巷、工作面风巷内的气压值，调压气室与联络巷之间的气压差值为P_AB，采空区与联络巷之间的气压差值为P_CB，采空区与调压气室之间的气压差值为P_CA；

防逸出控制，当P_CB＞P₀+Δ₁时，控制K₁增大，控制K₂减小，使P_CB减小，直至0≤P_CB≤P₀+Δ₁或者K₁＝100％，K₂＝0；

若0≤P_CB≤P₀+Δ₁时，0<K₁<100％，0<K₂<100％，则K₁及K₂保持不变；

若K₁＝100％，K₂＝0时P_CB＞P₀+Δ₁，则控制K₃增大，使P_CA降低，直至P_CA≤P₀+Δ₁；

防吸氧控制，当P_CB<0时，控制K₁减小，控制K₂增大，使P_CB增加，直至0≤P_CB或者K₁＝0且K₂＝100％；

若0≤P_CB，则保持K₁、K₂不变；

若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至0<P_AB。

可选地，P₀的取值范围为10～60Pa，Δ₁的取值范围为1～5Pa。

可选地，K₁、K₂、K₃均步进变化，K₁、K₂、K₃单次步进的变化量均≥1％。

可选地，“防吸氧控制”中，若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，直至P₀-Δ₁≤P_AB≤P₀。

本发明的有益效果在于：本发明采用调节风窗及调压气室微差压注氮的采空区防火方法，能够有效地阻断联络巷向采空区的空气流通，隔绝了煤炭自然发火所需的氧气条件，消除了采空区自然发火的隐患，同时阻断了采空区瓦斯、一氧化碳等危险气体向巷道的逸出，大大提高了煤矿的安全生产水平。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统的结构示意图。

附图标记：进风巷1、回风巷2、联络巷3、工作面风巷4、调压气室5、限流墙6、风窗7、采空区8。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种用于防止采空区8自燃的巷道均压系统，包括设置在工作面风巷4内的限流墙6及设置在联络巷3内的风窗7。联络巷3的两端分别与进风巷1及回风巷2连通，风窗7为两道，两道风窗7分别设置在联络巷3的两端，联络巷3通过两道风窗7分别与进风巷1、回风巷2连通。

采空区8通过工作面风巷4与联络巷3连通，限流墙6为两堵，两堵限流墙6沿工作面风巷4的延伸方向依次设置在工作面风巷4内。两堵限流墙6之间的空间为调压气室5，调压气室5内设有注氮口。限流墙6用于降低其两侧的气体交换速率，限流墙6上、限流墙6与工作面风巷4之间存留有缝隙、细微孔洞等气流交换通道，使限流墙6两侧能够进行气体交换。同时，由于限流墙6的存在，在限流墙6一侧气压大幅度变化时，限流墙6另一侧的气压能够相对保持稳定。

限流墙6的厚度为L₀，L₀的取值范围为0.3～3.0m。两堵限流墙6之间的间距为L₁，L₁的取值范围为1.5～6m。本实施例中，L₀为0.8m，L₁为4m，两堵限流墙6均设置在工作面风巷4靠近联络巷3之间的一端内。两道风窗7分别设置在联络巷3与进风巷1、回风巷2的连接位置上。联络巷3内设置有风窗7的位置上还设置有用于人员进出的风门。

实际防止采空区8自燃控制时，使用上述的用于防止采空区8自燃的巷道均压系统，靠近进风巷1风窗7的开度为K₁，靠近回风巷2风窗7的开度为K₂，注氮口的开度为K₃，K₃的初始开度设定为0，包括以下步骤：

一、阈值设定，设定均压控制阈值压力为P₀，偏差值为Δ₁。实际应用时，P₀及Δ₁根据实际巷道情况进行选取，P₀的取值范围为10～60Pa，Δ₁的取值范围为1～5Pa。本实施例中，P₀选取为20Pa，Δ₁为2.5Pa。

二、数据测量，测量调压气室5、联络巷3、采空区8内的气压值，采空区8与工作面风巷4内空气流通，气压相等。调压气室5与联络巷3之间的气压差值为P_AB，采空区8与联络巷3之间的气压差值为P_CB，采空区8与调压气室5之间的气压差值为P_CA，在自然状态下，P_CB＝P_CA+P_AB，P_AB＝0。

三、均压控制

“均压控制”步骤包括以下分步骤：

1、防逸出控制

当P_CB＞P₀+Δ₁时，控制K₁增大，控制K₂减小，使P_CB减小，直至0≤P_CB≤P₀+Δ₁或者K₁＝100％，K₂＝0；

(1)若0≤P_CB≤P₀+Δ₁时，0<K₁<100％，0<K₂<100％，则K₁及K₂保持不变；

(2)若K₁＝100％，K₂＝0时P_CB＞P₀+Δ₁，则控制K₃增大，使P_CA降低，直至P_CA≤P₀+Δ₁。

当采空区8处的气压与联络巷3处气压之间的差值P_CB超过P₀+Δ₁时，采空区8内大量爆炸性气体或有毒有害气体在采空区8压力差的驱动下向巷道逸出，P_CB越大逸出速度及逸出量越大。因此，控制K₁步进增大，控制K₂步进减小，使进风巷1处向联络巷3的供风增大，联络巷3向的回风巷2供风减小，联络巷3内气压增加，进而使P_CB减小，直至P_CB≤P₀₊Δ₁或者K₁＝100％，K₂＝0。

当K₁＝100％，K₂＝0时，则靠近进风巷1的风窗7完全开启，靠近回风巷2的风窗7完全关闭。如果P_CB仍然大于P₀+Δ₁，说明仅靠调节两道风窗7无法完成联络巷3与采空区8的均压调节。此时控制调压气室5注氮管K₃步进增大，使调压气室5处的气压逐步增大，P_CA逐步变小，直至P_CA≤P₀+Δ₁。

P_CA≤P₀+Δ₁使采空区8内爆炸性气体或有毒有害气体通过调压气室5向联络巷3逸出的空气动力大幅减小，大幅减少采空区8内爆炸性气体或有毒有害气体的逸出，从而使联络巷3内的瓦斯、一氧化碳等爆炸或有毒有害气体浓度处于合理安全浓度下，保障煤矿安全生产和人员生命安全环境。

2、防吸氧控制

当P_CB<0时，当P_CB<0时，控制K₁减小，控制K₂增大，使P_CB增加，直至0≤P_CB或者K₁＝0且K₂＝100％。

(1)若0≤P_CB，则保持K₁、K₂不变；

(2)若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至0<P_AB。优选地，直至P₀-Δ₁≤P_AB≤P₀。

当采空区8处的气压小于联络巷3处气压时，P_CB<0。联络巷3内含有大量氧气的气体在压力差的驱动下向采空区8渗入，P_CB越小，渗入速度及渗入量越大。从而导致采空区8煤炭得到大量氧气而自然发火的可能性大大增加，增加了瓦斯爆炸的可能性。因此，控制K₁步进减小，控制K₂步进增大，使联络巷3向回风巷2供风增大，进风巷1处向联络巷3的供风减小，联络巷3内气压减小，进而使P_CB增大，直至P_CB≥0或者K₁＝0，K₂＝100％。

当P_CB≥0时，实现采空区8与联络巷3的气压差处于合理区间，阻止了联络巷3内氧气向采空区8渗入的情况，采空区8最终形成缺少氧气的安全区域，降低爆炸及自然发火的风险。

当K₁＝0且K₂＝100％时，则靠近进风巷1的风窗7完全关闭，靠近回风巷2的风窗7完全开启。如果P_CB仍然小于0，说明仅靠调节两道风窗7无法完成联络巷3与采空区8的均压调节，仍存在联络巷3中的氧气向采空区8渗入的情况。此时控制调压气室5中的注氮管K₃增大，使调压气室5内的气压逐步增大，P_AB逐步增加，直至0<P_AB。0<P_AB时，则联络巷3内的气体无法进入调压气室5，阻止了联络巷3内氧气通过调压气室5向采空区8渗入的情况，采空区8最终形成缺少氧气的安全区域，降低爆炸及自然发火的风险。优选地，K₁＝0且K₂＝100％时P_CB仍然<0，则P_AB逐步增加，直至P₀-Δ₁≤P_AB≤P₀，则在阻断效果良好稳定的前提下实现减少能源、注氮机磨损等成本投入。

上述步骤中，K₁、K₂、K₃均步进变化，K₁、K₂、K₃单次步进的变化量均≥1％，便于对K₁、K₂、K₃的开度进行控制及检测。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于，提供一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统，该系统包括限流墙及风窗，所述限流墙为两堵，两堵所述限流墙沿工作面风巷的延伸方向依次设置在工作面风巷内，两堵所述限流墙之间的空间为调压气室，所述调压气室内设有注氮口；

所述风窗为两道，两道风窗分别设置在联络巷的两端，联络巷通过两道所述风窗分别与进风巷、回风巷连通；

靠近进风巷风窗的开度为K₁，靠近回风巷风窗的开度为K₂，注氮口的开度为K₃，包括以下步骤：

阈值设定，设定均压控制阈值压力为P₀，P₀的取值范围为10～60Pa；

数据测量，测量调压气室、联络巷、采空区内的气压值，调压气室与联络巷之间的气压差值为P_AB，采空区与联络巷之间的气压差值为P_CB，采空区与调压气室之间的气压差值为P_CA；

防逸出控制，当P_CB＞P₀时，控制K₁增大，控制K₂减小，使P_CB减小，直至P_CB≤P₀或者K₁＝100％，K₂＝0；

若P_CB≤P₀时，0<K₁<100％，0<K₂<100％，则K₁及K₂保持不变；

若K₁＝100％，K₂＝0时P_CB＞P₀，则控制K₃增大，使P_CA减小，直至P_CA≤P₀；

防吸氧控制，当P_CB<0时，控制K₁减小，控制K₂增大，使P_CB增加，直至0≤P_CB或者K₁＝0且K₂＝100％；

若0≤P_CB，则保持K₁、K₂不变；

若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至0＜P_AB。

2.根据权利要求1所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：“防吸氧控制”步骤中，若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至P_AB＝P₀。

3.一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于，提供一种用于防止采空区自燃的巷道均压系统，该系统包括限流墙及风窗，所述限流墙为两堵，两堵所述限流墙沿工作面风巷的延伸方向依次设置在工作面风巷内，两堵所述限流墙之间的空间为调压气室，所述调压气室内设有注氮口；

所述风窗为两道，两道风窗分别设置在联络巷的两端，联络巷通过两道所述风窗分别与进风巷、回风巷连通；

靠近进风巷风窗的开度为K₁，靠近回风巷风窗的开度为K₂，注氮口的开度为K₃，包括以下步骤：

阈值设定，设定均压控制阈值压力为P₀，偏差值为Δ₁；

数据测量，测量调压气室、联络巷、采空区内的气压值，调压气室与联络巷之间的气压差值为P_AB，采空区与联络巷之间的气压差值为P_CB，采空区与调压气室之间的气压差值为P_CA；

防逸出控制，当P_CB＞P₀+Δ₁时，控制K₁增大，控制K₂减小，使P_CB减小，直至0≤P_CB≤P₀或者K₁＝100％，K₂＝0；

若0≤P_CB≤P₀时，0<K₁<100％，0<K₂<100％，则K₁及K₂保持不变；

若K₁＝100％，K₂＝0时P_CB＞P₀+Δ₁，则控制K₃增大，使P_CA降低，直至P_CA≤P₀；

防吸氧控制，当P_CB<0时，控制K₁减小，控制K₂增大，使P_CB增加，直至0≤P_CB或者K₁＝0且K₂＝100％；

若0≤P_CB，则保持K₁、K₂不变；

若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，使P_AB增加，直至0＜P_AB。

4.根据权利要求3所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：P₀的取值范围为10～60Pa，Δ₁的取值范围为1～5Pa。

5.根据权利要求3所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：K₁、K₂、K₃均步进变化，K₁、K₂、K₃单次步进的变化量均≥1％。

6.根据权利要求3所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：“防吸氧控制”中，若K₁＝0且K₂＝100％时P_CB<0，则控制K₃增大，直至P₀-Δ₁≤P_AB≤P₀。

7.根据权利要求1或3所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：所述限流墙的厚度为L₀，L₀的取值范围为0.3～3.0m，两堵所述限流墙之间的间距为L₁，L₁的取值范围为1.5～6m。

8.根据权利要求1或3所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：两堵所述限流墙均设置在工作面风巷靠近联络巷之间的一端内，两道风窗分别设置在联络巷与进风巷、回风巷的连接位置上。

9.根据权利要求1或3所述的一种用于防止采空区自燃的巷道均压方法，其特征在于：联络巷内设置有风窗的位置上还设置有用于进出的风门。

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